淺析如何通過固化校準(zhǔn)系數(shù)自動調(diào)節(jié)射頻功放的輸出功率

如圖一所示，這是一套集成了功率監(jiān)測模塊，實(shí)時(shí)控制模塊的無線發(fā)射機(jī)末端框圖。具體的工作過程已經(jīng)在上一期的博客中有比較詳細(xì)的介紹，這里不再一一陳述。

圖一 帶功率檢測模塊的無線發(fā)射機(jī)末端框圖

我們明白，如果要判定一個功放的輸出功率是否達(dá)到原本已經(jīng)設(shè)定的數(shù)值，必須要拿一個參考源作為基準(zhǔn)，通過比較兩者之間差值大小，從而去調(diào)節(jié)控制整個信號鏈路增益的自由度，從而使他它們之間的差值減小到一定的范圍，這樣便可以做到連續(xù)監(jiān)控發(fā)射功率的目的。當(dāng)然了，這樣的自由度有很多，如調(diào)節(jié)基帶數(shù)據(jù)的幅度，調(diào)節(jié)可變增益放大器(在IF或RF端)，或者改變PA的增益。這樣，增益控制環(huán)路對其自身進(jìn)行調(diào)節(jié)，并使發(fā)射功率保持在要求的誤差范圍內(nèi)。

這樣的參考源是怎樣嵌入MCU或DSP的非易失性存儲器(EEPROM)中的呢？

圖二 獲取校準(zhǔn)系數(shù)代碼電路框圖

如圖二所示，將定向耦合器后端的天線拔掉，更換為外部測量基準(zhǔn)源——RF功率檢測器或者頻譜分析儀。通過ADC轉(zhuǎn)換器獲取功率計(jì)讀數(shù)和RF檢波器電壓這些信息到相應(yīng)的代碼，并存入存儲在非易失性存儲器(EEPROM)中。

將這樣標(biāo)準(zhǔn)的離散的由功率計(jì)讀數(shù)和RF檢波器電壓信息代碼作為基準(zhǔn)的校準(zhǔn)系數(shù)固化在MCU或者DSP的內(nèi)部ROM中。由于AD8362是均方根對數(shù)檢波器，因此它的輸出檢測電壓同輸入的功率值在非常寬的范圍之內(nèi)成線性關(guān)系，可以使用簡單的一階方程對此對數(shù)放大器的傳遞函數(shù)建模。在確保發(fā)射機(jī)的工作功率范圍與RF檢波器的線性工作范圍匹配，從而可以根據(jù)數(shù)學(xué)中兩點(diǎn)確定一直線線原則，首先，拆掉天線并將功率計(jì)連接到天線連接器上；然后，將輸出功率電平設(shè)定為接近最大功率，并將其發(fā)送到發(fā)射機(jī)電路板上微控制器或數(shù)字信號處理器(DSP)。同時(shí)對RF檢波器的ADC采樣，并將其讀數(shù)提供給發(fā)射機(jī)的處理器。同理對輸出功率電平設(shè)定為接近最小功率的時(shí)候進(jìn)行同樣操作，用這四個讀數(shù)(低和高功率電平、低和高ADC碼)，可以計(jì)算出斜率和截距(參見圖3)，并且將計(jì)算結(jié)果存儲在非易失性存儲器中。

圖三. 校準(zhǔn)點(diǎn)在檢波器的線性工作范圍內(nèi)的兩點(diǎn)校準(zhǔn)提供了良好的整體性能

在完成對校正系數(shù)的獲取操作之后，針對每一次設(shè)定的輸出，由于功率放大器非線性以及不同環(huán)境的影響，射頻功率放大器實(shí)際的輸出功率會與原先設(shè)定的基準(zhǔn)功率有一定的偏差，這個偏差值很有可能大于所能承受的范圍，這樣通過RF檢波器獲得的檢測電壓值代碼同原先存儲的標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)代碼作比較，從而調(diào)節(jié)基帶數(shù)據(jù)的幅度，調(diào)節(jié)可變增益放大器(在IF或RF端)，或者改變PA的增益，使實(shí)時(shí)監(jiān)測回饋的電壓值代碼同原本固化的標(biāo)稱代碼誤差漸漸縮小到可以容忍的范圍之內(nèi)，這樣就完成了對射頻功率放大器輸出功率的實(shí)時(shí)監(jiān)測并自動校準(zhǔn)微調(diào)的功能。

圖四：環(huán)境溫度對AD8362輸出電壓的影響

圖五：輸入信號頻率對AD8362輸出電壓的影響

這種兩點(diǎn)校準(zhǔn)的方法具有簡單，操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于對所控制的輸出功率精度要求不高的監(jiān)測環(huán)境，但是這種簡單易操作的代價(jià)是犧牲了精度的。由于整個信號放大鏈路以及功率檢測鏈路對溫度（如圖四所示）和信號頻率（如圖五所示）具有一定的相關(guān)性，同時(shí)溫漂效應(yīng)也會引入一定的誤差，因此我們所固化的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值一定要相對于溫度和頻率具有一定的非相關(guān)性，而具體的操作方法可以結(jié)合溫度傳感器，分段提取基準(zhǔn)參數(shù)的方法給予操作。